JP2022169037A - 建設機械 - Google Patents

Abstract

【課題】発熱による熱影響を小さくし、組立や保守にも優れているエンジンパワーユニットの収納構造を備えた建設機械を提供する。【解決手段】フロアフレーム２９に設けられた収納構造３１は、エンジンパワーユニットのエンジン収納空間Ｓを規定する直方体枠状の架台フレーム３２と、該架台フレームの取付枠３３にそれぞれ着脱可能に取り付けられ、取付状態でフロアフレームの外縁部２９ａに整合する複数のカバー部材３４，３５，３６，３７，３８とを備え、架台フレームには、取付枠３３を兼ね、エンジンパワーユニットの熱交換装置（ラジエータＲ、オイルクーラＣ）が組み込まれる収納枠４０が設けられている。また、複数のカバー部材のうちの車幅方向外側に位置するカバー部材３６は、取付枠３３にヒンジ３９を介して回動可能に連結された開閉扉である。【選択図】図２

Description

本発明は、建設機械に関し、詳しくは、エンジンパワーユニットを備えた建設機械に関する。

一般に、杭打機やアースドリルなどの建設機械は、動力源となるエンジンパワーユニットや、その関連部品などを一体的に収納したハウス（収納室）を備えている。ハウスは、通常、扉のある外側面の位置が車幅（輸送幅）に対応し、収納寸法にも限界があることから、排ガス規制などの求めに応じて付属部品が増えれば、それだけ配置的な条件も厳しくなる。したがって、近年のエンジンパワーユニットに関する設計では、既存のスペースをいかにして有効に活用できるかが重要視されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０２０－１９００８０号公報

特許文献１に記載された建設機械のハウスには、下端が開放した箱型のものが用いられている。これにより、エンジンパワーユニット１００の組立工程では、図３に示すように、フロアフレーム１０１上にエンジンＥを搭載するとともに、油圧ポンプＰやラジエータＲ、オイルクーラＣなどの部品を組み付けた後、クレーン１０２で吊したハウス１０３を上方から被せていく手順により作業が進められる。しかし、このような組立構造は、ハウスの円滑な着脱を行うためのクリアランス（隙間）を要し、実際にはハウス１０３の外形状に見合った収納効果が得られていない。したがって、上述の排ガス規制対応とともに、こうした事情が重なると、収納される各種部品が集中して過密状態となり、この過密状態がもたらす熱影響の問題へと波及するおそれがあった。

そこで本発明は、発熱による熱影響を小さくし、組立や保守にも優れているエンジンパワーユニットの収納構造を備えた建設機械を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明の建設機械は、下部走行体と、該下部走行体の上部に旋回ベアリングを介して旋回可能に設けられた上部旋回体と、該上部旋回体の前部に上下動可能に設けられた作業装置とを備え、前記上部旋回体は、下面に前記旋回ベアリングが取り付けられるメインフレームと、該メインフレームの車幅方向両側部に設けられたフロアフレームとが一体に結合されているフレーム体を有し、一方側のフロアフレームには、前記作業装置の動力源となるエンジンパワーユニットを収納する収納構造が設けられている建設機械において、前記収納構造は、前記エンジンパワーユニットのエンジン収納空間を規定する直方体枠状の架台フレームと、該架台フレームの取付枠にそれぞれ着脱可能に取り付けられ、取付状態で前記フロアフレームの外縁部に整合する複数のカバー部材とを備え、前記架台フレームには、前記取付枠を兼ね、前記エンジンパワーユニットの熱交換装置が組み込まれる収納枠が設けられていることを特徴としている。

また、前記熱交換装置は、エンジンの冷却水を冷却するラジエータと、前記作業装置の作動油を冷却するオイルクーラとからなり、前記収納枠は、前記架台フレームの２箇所に独立して設けられ、前記エンジンの冷却ファンに寄せた一方には前記ラジエータが、前記エンジンで駆動される油圧ポンプに寄せた他方には前記オイルクーラがそれぞれ組み込まれていることを特徴としている。なお、前記熱交換装置は、エンジンの冷却水を冷却するラジエータと、前記作業装置の作動油を冷却するオイルクーラとからなり、前記収納枠には、前記ラジエータとオイルクーラとが一体的に組み込まれていることを特徴としてもよい。加えて、前記複数のカバー部材のうちの車幅方向外側に位置するカバー部材は、前記取付枠にヒンジを介して回動可能に連結された開閉扉であることを特徴としている。

本発明の建設機械によれば、エンジンパワーユニットの収納構造が直方体枠状の架台フレームで規定したエンジン収納空間を有し、架台フレームの取付枠に対して、複数のカバー部材をフロアフレームの外縁部に整合させて取り付けるので、従来の箱型ハウスでは必要な組立上のクリアランスをなくすことができる。これにより、機体サイズを維持したままエンジン収納空間の拡大が図れ、その分、収納枠に組み込む熱交換装置のコア形状も大きくできることから、熱交換装置の冷却性能の向上に寄与するものである。とりわけ、製造段階では、カバー部材を取付枠にあてがうだけの簡単な動作で即座に取付位置が定まり、取付後も一部の箇所のみを外すだけで対象部品に容易にアクセスできることから、保守性にも優れたエンジンパワーユニットの収納構造が達成される。

本発明の建設機械の一形態例を示す杭打機の側面図である。 同じくエンジンパワーユニットの収納構造の斜視図である。 従来のエンジンパワーユニットの組立工程を示す図である。

図１及び図２は、本発明を建設機械の一例である杭打機に適用した一形態例を示している。杭打機１１は、図１に示すように、クローラを備えた下部走行体１２と、該下部走行体１２上に旋回ベアリング１３を介して旋回可能に設けられた上部旋回体１４とで構成されたベースマシン１５と、上部旋回体１４の前部に立設したリーダ１６と、該リーダ１６を後方から支持するリーダ起伏シリンダ１７とを備えている。また、上部旋回体１４の前部には、リーダ１６を起伏可能に支持するリーダサポート１８が設けられ、上部旋回体１４の前部上方には、配管を支持する配管案内アーム１９が設けられている。さらに、上部旋回体１４の前後左右の４箇所に安定用のジャッキ２０が設けられるとともに、上部旋回体１４の後端部に杭打機１１のバランスをとるためのカウンタウエイト２１が搭載されている。

リーダ１６は、複数のリーダ部材を互いに着脱可能に連結したもので、上端部にはトップシーブ２２が、下端部には下部ガイド２３がそれぞれ装着されており、リーダ１６の前面には作業装置の一例であるオーガ２４が昇降可能に装着されている。オーガ２４は、油圧で回転駆動され、出力軸に連結した施工部材（例えば鋼管杭）に回転力を付与するものである。

オーガ２４の上下には、リーダ１６の下端部に設けられた駆動スプロケット２５と、上端部に設けられた従動スプロケット２６との間に架け渡された昇降用チェーン２７の両端がそれぞれ取り付けられ、チェーン式の昇降装置を構成する。昇降装置は、駆動スプロケット２５を油圧で回転駆動し、該駆動スプロケット２５と従動スプロケット２６とに掛け回された昇降用チェーン２７を上下方向に移動させることにより、リーダ１６の前面に沿ってオーガ２４を昇降させる。

上部旋回体１４は、下面に旋回ベアリング１３が取り付けられる矩形箱状のメインフレーム２８と、該メインフレーム２８の車幅方向両側部に枠組みされたフロアフレーム２９（反対側は図示せず）とが一体に結合されているフレーム体を有している。右側のフロアフレーム上の前部には、オーガ２４や上部旋回体１４、下部走行体１２などを駆動させる操作がなされる運転室３０が設置されている。また、右側のフロアフレーム上の後部には、作動油タンクなどの油圧機器を収納する機器収納室（図示せず）が設けられている。一方、左側のフロアフレーム２９上には、エンジンの駆動を受けて圧油を供給するための油圧源装置として、エンジンパワーユニットや、これに付属する排ガス浄化装置などの複数の関連機器を収納する収納構造３１が設けられている。

エンジンパワーユニットの構成は、基本的に従来のものと同様であるが、後述の収納構造３１について理解を容易にするために、図３の従来のものを参照して説明する。エンジンパワーユニットは、主に、防振状態で搭載されたディーゼルエンジン（以下、エンジンという）Ｅと、該エンジンＥの前部側（図３の左側）の出力軸に連結された冷却ファンＦＲと、エンジンＥの後部側（図３の右側）の出力軸に連結された油圧ポンプＰとを有している。また、冷却ファンＦＲの位置に寄せた位置（近傍位置）、つまり冷却ファンＦＲによる冷却風（外気）の流れ方向の上流側には、冷却ファンＦＲと対面し、エンジンＥの冷却水を冷却するラジエータＲが設けられている。

一方、油圧ポンプＰの位置に寄せた位置（近傍位置）、つまり油圧ポンプＰを跨いで設置した架台上において、作動油（戻り油）を冷却するオイルクーラＣが設けられている。ラジエータＲ及びオイルクーラＣは、エンジンパワーユニットの熱交換装置として機能するもので、放熱用のフィンが取り付けられたチューブからなる冷却コアを有し、チューブ内に冷却水や作動油などの被冷却流体が流れる構造である。そして、対応する冷却ファンＦＲ，ＦＣの作動で発生した冷却風が冷却コアを通過することで、被冷却流体が冷却される。

また、図示は省略するが、エンジンＥの排気管には、高次の排ガス規制に対応する排ガス浄化装置が設けられている。排ガス浄化装置は、例えば、尿素水を還元剤とするＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction：選択還元型触媒）や、排気管のＳＣＲに対して上流側に配置されるとともに、排気管内の排ガスに向けて尿素水を噴射する噴射ノズルなどを有している。これにより、燃焼後の排ガスは、排ガス浄化装置で浄化処理がなされた後、排気管に案内されて排気口から外部に排出される。

ところで、エンジンパワーユニットの収納に関して、図３に示すような、従来からある箱型のハウスを用いた場合、ハウスの円滑な着脱を行うためのクリアランス、例えば、収納物との間で片側３０ｍｍ程度の隙間を必要としており、ハウスの外形状に見合った収納効果が得られていないのが実情である。したがって、排ガス規制対応に伴う部品点数の増加や部品形状の大型化が進むと、収納される各種部品が集中して過密状態となり、この過密状態がもたらす熱影響の問題へと波及するおそれがある。そこで、杭打機１１には、過密状態がもたらす機器相互間の熱影響を小さくするとともに、組立や保守にも優れたエンジンパワーユニットの収納構造３１が設けられている。

収納構造３１は、図２に示すように、矩形枠（コ字状断面）のフロアフレーム２９と一体化したフレーム構造及び外装を担う板金構造によって概略構成され、エンジンパワーユニットのエンジン収納空間Ｓを規定する直方体枠状の架台フレーム３２と、該架台フレーム３２の前後左右面及び上面の各面をなす取付枠３３にそれぞれ着脱可能に取り付けられる複数のカバー部材３４，３５，３６，３７，３８とを備えている。

架台フレーム３２は、フロアフレーム２９の上面６箇所にそれぞれ鉛直に設けられた６本の縦フレーム（支柱）３２ａと、該縦フレーム３２ａの上端部間に水平に渡された７本の横フレーム（梁）３２ｂとで枠組みされている。縦フレーム３２ａ及び横フレーム３２ｂは、それぞれＬ字状断面の形鋼あるいは曲げ鋼板からなり、エンジン搭載後においてフロアフレーム２９上に組み付けることが可能なボルト締結構造を有している。

各カバー部材３４，３５，３６，３７，３８は、外装として必要な大きさと形状をそれぞれ有し、対応する取付枠３３に当接した状態で、複数の取付ボルトにより固定される。また、車幅方向外側（車両左側面）に位置する２枚のカバー部材３６，３６は、取付枠３３にヒンジ３９を介して回動可能に連結された開閉扉である。さらに、前後面のカバー部材３４，３５は、比較的小さい孔を多数備えたパンチングメタル形状の開口を有しており、エンジンパワーユニットの運転中において、前面の吸気口３４ａから外気を導入してラジエータＲに通し、冷却済み空気（排風）の流れをオイルクーラＣからの流れと合流させて後面の排風口３５ａから外へ排出するようになっている。

エンジン収納空間Ｓの前後長と左右幅の各寸法は、ラジエータＲのある前側部に配置された左右２本の縦フレーム３２ａ，３２ａと、フロアフレーム２９の後端部に配置された左右２本の縦フレーム３２ａ，３２ａとがなす四隅部内面の対面寸法（内寸）により規定され、この収納空間Ｓに対してエンジンＥや付属の油圧ポンプＰ、ラジエータＲ、オイルクーラＣなどの占有スペースが割り当てられる。また、前後の縦フレーム３２ａ，３２ａ同士の中間部には、取付枠３３の一部をなす縦フレーム３２ａ及び横フレーム３２ｂがそれぞれ設けられている。

ここで、縦フレーム３２ａ及び横フレーム３２ｂからなる取付枠３３は、対象のカバー部材３４，３５，３６，３７，３８を、その取付状態でフロアフレーム２９の外縁部２９ａに整合させる位置、すなわち、各カバー部材３４～３８の厚みや幅などを考慮して外縁部２９ａよりも内側（車幅方向でいえば片側数ミリ程度内側）に配置される。換言すれば、取付状態でフロアフレーム２９と各カバー部材３４～３８との互いの外側面が面一に揃えられ、この状態で、各カバー部材３４～３８は、架台フレーム３２内において最大限に広くしたエンジン収納空間Ｓを覆うように配置される。

また、架台フレーム３２は、前面の取付枠３３と、後部上面の取付枠３３とにそれぞれ開口方向の奥行きをもたせ、その枠内にラジエータＲとオイルクーラＣとがそれぞれ独立に組み込まれる収納枠４０，４０を構成している。これにより、取付枠３３と収納枠４０とは、互いの一部においてカバー部材３４～３８の取付機能とラジエータＲ及びオイルクーラＣの収納機能とを兼ねる兼用部材となる。

このように形成された杭打機１１では、製造現場においてエンジンパワーユニットを搭載する際、フロアフレーム２９上に、エンジンＥなどの大物部品から順に各種部品が搭載され、その後、燃料タンクや作動油タンクなどに対して配管が接続される。ここで、架台フレーム３２の組立は、作業指示に基づいて種々の態様で行われるが、例えば、ラジエータＲ及びオイルクーラＣは、あらかじめ収納枠４０，４０に組み込まれた状態（サブアセンブリ状態）でフレーム上の定位置にそれぞれ吊り込まれる。そして、これらを仮組み状態の縦横フレーム３２ａ，３２ｂと一体的に組み上げることで架台フレーム３２が完成する（図２）。こうした直方体枠状のフレーム構造により、フロアフレーム２９上において、エンジン収納空間Ｓが規定される。

続いて、用意したカバー部材３４，３５，３６，３７，３８を架台フレーム３２の対応する取付枠３３に順次取り付けていくことにより、一連の作業が完了する。こうしたカバー部材３４～３８の取付作業は、取付枠３３の外面にあてがってボルト止めする作業であることから、エンジン収納空間Ｓにある収納物に対して特段の注意を払う必要がないほど、部品干渉への影響度が小さくなっている。その後、組立や調整に関する複数の工程を経て車両完成状態となる（図１）。こうして、杭打機１１は、エンジンパワーユニットを駆動することよって必要な動力が得られ、杭打ち機能を発揮できる状態となる。

このように、本発明の建設機械によれば、エンジンパワーユニットの収納構造３１が直方体枠状の架台フレーム３２で規定したエンジン収納空間Ｓを有し、架台フレーム３２の取付枠３３に対して、複数のカバー部材３４～３８をフロアフレーム２９の外縁部２９ａに整合させて取り付けるので、従来の箱型ハウスでは必要な組立上のクリアランスをなくすことができる。これにより、機体サイズを維持したままエンジン収納空間Ｓの実質的な拡大が図れ、その分、収納枠４０に組み込む熱交換装置（ラジエータＲ、オイルクーラＣ）のコア形状も大きくできることから、熱交換装置の冷却性能の向上に寄与するものである。とりわけ、製造段階では、カバー部材３４～３８を取付枠３３にあてがうだけの簡単な動作で即座に取付位置が定まり、取付後も一部の箇所のみを外すだけで対象部品に容易にアクセスできることから、保守性にも優れたエンジンパワーユニットの収納構造３１が達成される。

また、フロアフレーム２９の幅に対応して大きくした収納枠４０，４０を２箇所に独立させているので、架台フレーム３２が有する枠形状の長所をうまく活かして、ラジエータＲ及びオイルクーラＣを対応するエンジン冷却ファンＦＲ及び油圧ポンプＰにそれぞれ寄せることが可能となる。これにより、コア形状の最大化による放熱効果と、油圧回路の集約による発熱量の抑制効果とが同時に得られる。一方、ラジエータＲとオイルクーラＣとを一体的に組み込むことが可能なユニット型の熱交換装置（図示せず）に適用すれば、同様に優れた放熱効果が期待されるとともに、エンジンＥの仕様などに応じて、高い設計の自由度を確保することができる。

さらに、車幅方向外側に位置するカバー部材３６を開閉扉とし、これを架台フレーム３２の取付枠３３にヒンジ３９を介して連結しているので、従来の箱型ハウスでは必要とされた扉開閉部特有の構造（折り板構造）をなくすことができ、極めてシンプルで、かつ、耐久性にも優れたエンジンパワーユニットの収納構造が達成される。

なお、本発明は、建設機械として杭打機を例示したが、これに限られず、アースドリルやクレーンなど、掘削装置や荷役装置の動力源としてエンジンパワーユニットを備えた各種建設機械に適用することができる。この場合、フロアフレームと一体化したフレーム構造及び外装を担う板金構造により、車両寸法の変更を伴わずに高い放熱効果が得られるため、モデルチェンジや新型開発を円滑に進めることが可能となる。とりわけ、建設機械の中でも杭の埋設や地盤改良などを行う杭打機は、施工位置にジャッキを接地して長時間その場に止まることから、ヒートバランスの向上対策として特に有効である。

１１…杭打機、１２…下部走行体、１３…旋回ベアリング、１４…上部旋回体、１５…ベースマシン、１６…リーダ、１７…リーダ起伏シリンダ、１８…リーダサポート、１９…配管案内アーム、２０…ジャッキ、２１…カウンタウエイト、２２…トップシーブ、２３…下部ガイド、２４…オーガ、２５…駆動スプロケット、２６…従動スプロケット、２７…昇降用チェーン、２８…メインフレーム、２９…フロアフレーム、２９ａ…外縁部、３０…運転室、３１…収納構造、３２…架台フレーム、３２ａ…縦フレーム、３２ｂ…横フレーム、３３…取付枠、３４…カバー部材、３４ａ…吸気口、３５…カバー部材、３５ａ…排風口、３６，３７，３８…カバー部材、３９…ヒンジ、４０…収納枠

Claims (4)

1. 下部走行体と、該下部走行体の上部に旋回ベアリングを介して旋回可能に設けられた上部旋回体と、該上部旋回体の前部に上下動可能に設けられた作業装置とを備え、
   前記上部旋回体は、下面に前記旋回ベアリングが取り付けられるメインフレームと、該メインフレームの車幅方向両側部に設けられたフロアフレームとが一体に結合されているフレーム体を有し、一方側のフロアフレームには、前記作業装置の動力源となるエンジンパワーユニットを収納する収納構造が設けられている建設機械において、
   前記収納構造は、前記エンジンパワーユニットのエンジン収納空間を規定する直方体枠状の架台フレームと、該架台フレームの取付枠にそれぞれ着脱可能に取り付けられ、取付状態で前記フロアフレームの外縁部に整合する複数のカバー部材とを備え、
   前記架台フレームには、前記取付枠を兼ね、前記エンジンパワーユニットの熱交換装置が組み込まれる収納枠が設けられていることを特徴とする建設機械。
2. 前記熱交換装置は、エンジンの冷却水を冷却するラジエータと、前記作業装置の作動油を冷却するオイルクーラとからなり、
   前記収納枠は、前記架台フレームの２箇所に独立して設けられ、前記エンジンの冷却ファンに寄せた一方には前記ラジエータが、前記エンジンで駆動される油圧ポンプに寄せた他方には前記オイルクーラがそれぞれ組み込まれていることを特徴とする請求項１記載の建設機械。
3. 前記熱交換装置は、エンジンの冷却水を冷却するラジエータと、前記作業装置の作動油を冷却するオイルクーラとからなり、
   前記収納枠には、前記ラジエータとオイルクーラとが一体的に組み込まれていることを特徴とする請求項１記載の建設機械。
4. 前記複数のカバー部材のうちの車幅方向外側に位置するカバー部材は、前記取付枠にヒンジを介して回動可能に連結された開閉扉であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の建設機械。

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